基于遺傳算法的B樣條曲線優(yōu)化在機(jī)器人軌跡規(guī)劃中應(yīng)用.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高，不僅要求機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的PTP運(yùn)動(dòng)(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng))和簡(jiǎn)單的CP運(yùn)動(dòng)(如直線運(yùn)動(dòng)和圓弧運(yùn)動(dòng))，而且還要能夠沿著特定路徑進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中時(shí)間最短。為此，本文對(duì)沿著特定路徑運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃問(wèn)題作了深入研究，成功運(yùn)用了三次B樣條對(duì)由一系列離散路徑點(diǎn)組成的機(jī)器人特定路徑進(jìn)行了逼近，并利用遺傳算法，沿著逼近所得到的機(jī)器人路徑，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃，從而保證機(jī)器人在不

2、偏離原有路徑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)運(yùn)動(dòng)． 首先，本文對(duì)機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)行了介紹，全面地總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)器人時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃方面的研究成果，針對(duì)目前機(jī)器人軌跡優(yōu)化中存在的不足，依據(jù)時(shí)間最優(yōu)軌跡的原理，提出了基于遺傳算法優(yōu)化的B樣條曲線。接著，分析了機(jī)器人軌跡規(guī)劃的一般性問(wèn)題，在關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃中，針對(duì)不同的條件分別詳述了三次多項(xiàng)式函數(shù)插值、高階多項(xiàng)式插值和拋物線連接的線性函數(shù)插值方法：在笛卡爾空間中，則深入討論了線性函數(shù)插值和圓弧

3、插值。 然后，本文在研究了機(jī)器人時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的基本原理，遺傳算法的優(yōu)化原理及B樣條曲線的計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，采用B樣條曲線構(gòu)造機(jī)器人的軌跡，并利用B樣條曲線的分段處理性特點(diǎn)，提出了一種基于遺傳優(yōu)化算法的機(jī)器人時(shí)間最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)方法。在該方法中，機(jī)器人沿整個(gè)B樣條曲線運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間的優(yōu)化，可轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)器人沿每一段B樣條曲線運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間的分段優(yōu)化，優(yōu)化時(shí)考慮了包括關(guān)節(jié)角速度和角加速度2種約束條件，并在關(guān)節(jié)空間對(duì)KLD-600機(jī)器人的

4、三個(gè)關(guān)節(jié)(腰、臂、腕)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。通過(guò)Matlab軟件，對(duì)軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人各關(guān)節(jié)達(dá)到節(jié)點(diǎn)總的時(shí)間明顯減少，各個(gè)關(guān)節(jié)的軌跡曲線平滑，從而驗(yàn)證了該算法的有效性。 最后，簡(jiǎn)單介紹了KLD-600機(jī)器人的硬件組成，研究了PMAC運(yùn)動(dòng)控制器與主機(jī)的通訊原理，利用VC創(chuàng)建了人機(jī)對(duì)話框，通過(guò)調(diào)用Pcomm32動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教操作，并根據(jù)D-H方法給出了KLD-600機(jī)器人的正